摘要： 在序批式活性污泥反应器(SBR)中，以模拟城市污水为处理对象，考察了在稳定运 行期间的典型周期里COD、TP、TN、DO、pH以及ORP的变化规律。试验表明，在SBR反应器中实 现短程同步硝化反硝化耦合除磷是完全可行的，在温度为20～25℃、pH值为7．12～7．43的条件 下，系统对COD的去除率达到95．6％ ，对TP和TN的去除率分别为88．8％ 和87％ ，实现了短程同 步硝化反硝化与反硝化除磷的统一。
关键词： 序批式活性污泥反应器(SBR)； 短程同步硝化反硝化； 反硝化除磷
生物法已广泛用于去除大型综合污水处理系统 中的氮、磷，但由于聚磷菌与硝化菌之间存在泥 龄矛盾、碳源不足等问题而限制了对氮、磷的去除效 果 。短程同步硝化反硝化的实现可以很好地解 决脱氮除磷的泥龄矛盾，通过控制泥龄来淘洗出泥 龄更短的亚硝酸盐菌，以此来迎合聚磷菌所需的短 泥龄 J。短程同步硝化反硝化技术较传统脱氮技 术更具优势，不仅节省了25％ 的曝气量，同时还缩 短了反应时间、减少了反应器容积 。碳源不足这 一问题则可通过反硝化除磷来解决 J。因此，笔 者考虑把短程同步硝化反硝化技术与反硝化除磷技 术相结合，这样不仅可减少污水处理费用，而且可实 现在同一反应器内进行有机物的降解和脱氮除磷， 从而提高了系统的处理能力和效率。笔者则主要研 究了该反应过程中COD、TP、TN、DO、pH以及ORP 的变化规律。
1 试验材料和方法
1．1 试验装置
试验装置采用序批式活性污泥反应器(SBR) (见图1)。反应器由有机玻璃制成，内径为20 cm， 高为44 cm，有效容积为12 L。在其侧壁垂直设5 个取样口，用于取样及排水，底部设有放空排泥管以 及微孔曝气头。运行时采用空压机曝气，通过转子 流量计调节曝气量，并以电动搅拌机慢速搅拌以提 高固液混合程度，保持泥水混合均匀。反应器每天 运行两个周期，具体操作流程为：瞬时进水一厌氧搅 拌40 min一曝气搅拌4 h一沉淀0．5 h一排水一静置 6．5 h。在每个周期开始运行时排出泥水混合液160 mL。试验污泥取自沥涪污水处理厂曝气池的回流 污泥，经过一段时间的培养驯化，实现了短程同步硝 化反硝化耦合除磷。
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| 图1 试验装置 |
1．2 原水水质
原水为人工配制的模拟城市污水，主要成分为 NH4C1、KH2PO4、FeSO4、MgSO4、CaC12，配以淀粉和 无水乙酸钠为有机碳源，同时投加NaHCO 调节原水 的pH。原水水质如下：氨氮为26．45—30．25 mg／L、 TP为5．42～7．0l mg／L、COD为213．59～268．84 mg／L、pH值为7．12～7．43、温度为20～25℃ 。
1．3 分析方法
氨氮：纳氏试剂比色法；亚硝酸盐氮：N一(1一 萘基)一乙二胺比色法；硝酸盐氮：麝香草酚分光光 度法；COD：哈希回流比色法；TP：钼锑抗分光光度 法；MLSS：重量法；DO、pH、ORP：在线监测。
2 结果与讨论
经过一段时间的培养驯化，出水水质达到国家 一级排放标准，对一个典型周期内的有机物、TP、氮 以及电化学参数的变化情况进行分析。
2．1 有机物及TP的变化规律
在典型周期内，短程同步硝化反硝化耦合除磷 过程中有机物和总磷的浓度变化见图2。
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| 图2 有机物和总磷的浓度变化 |
由图2可知，在厌氧结束后，COD由228．64 mg／L迅速降至22．61 mg／L，去除率约为90％，与此 同时，总磷由5．62 mg／L上升至46．04 mg／L，释磷 量为40．42 mg／L，平均释磷速率为60．63 mg／(L· h)。这主要是因为，反硝化聚磷菌分解体内的多聚 磷酸盐，并以主动运输方式吸收有机物，将其合成 PHB，同时释放出无机磷。这样，释磷越多则合成的 PHB就越多，表现为被消耗的有机物就越多。COD 的有效快速降解，不仅使PHB得到积累，亦为后续 的吸磷提供了充足能量，同时也使COD在厌氧段得 到高效去除。而在随后的好氧段中，反硝化聚磷菌 以NO：-为电子受体，其氧化胞内PHB时所产生的 能量被ADP获得，并结合外界环境中的H。P0 合成 ATP，从而进行细胞合成和维持生命活动。此时由 于H PO 被过量摄入细胞体内，从而达到从污水中除磷的效果。因此，在好氧段结束后，反应器中的COD最终降至10．05 mg／L，去除率达到95．6％，TP 最终降至0．63 mg／L，去除率达到88．8％ 。
2.2 氮元素的变化规律
在典型周期内，短程同步硝化反硝化耦合除磷 过程中NH；一N、NO；一N、NO3-一N以及TN的变 化规律见图3。 由图3可知，在整个典型周期的反应过程中，亚 硝酸盐氮和硝酸盐氮始终保持在一个较低的浓度范 围内。亚硝酸盐氮浓度在初始曝气时一直很低，经 3 h曝气后，出现了小幅上升，随后又逐渐降低；而 硝酸盐氮浓度只在反应结束时出现了小幅上升。这 主要是由于氧扩散的限制，形成了DO浓度梯度，加 上体系内的DO浓度较低，氧气无法深入到微生物 絮体内部，从而出现“表里不一”的现象，为硝化和 反硝化反应的进行分别提供了有利环境，实现了同 步硝化反硝化。由于微生物絮体外表面的DO浓度 较絮体内部的高而形成了好氧区，以硝化菌为主，发 生了硝化反应，而氧气浓度较低使硝化反应又只能 停留在亚硝酸盐阶段，出现了短程硝化现象；絮体内 部则由于氧传递受阻及外部氧大量消耗而形成缺氧 区，反硝化菌占优势，发生了反硝化反应，从而实现 了短程同步硝化反硝化。从图3还可知，在典型周 期内，氨氮浓度随运行时间的延长而降低，从反应初 始时的27．05 mg／L降至0．51 mg／L，去除率达到 98％。在反应初期，氨氮浓度有所下降，这是由稀释 效应引起的。而总氮的降解曲线与氨氮的降解曲线 大致相同，这是因为进水氮源主要为氨氮，且在整个 反应过程中，由氨氮转化的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮 一直没有得到较多积累，使总氮始终保持与氨氮同 样的下降趋势，由进水时的30．19 mg／L降至出水时 的3．95 mg／L，去除率达到87％。
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| 图3 氮元素的浓度变化 |
2．3 电化学参数的变化
2．3．1 DO的变化规律
从试验可知，在厌氧结束后的前3 h曝气反应 内，反应体系的DO浓度从厌氧时的0．15 mg／L迅 速升至好氧初期的0．80 mg／L左右，随后维持在 0．80～0．95 mg／L，此环境利于短程同步硝化反硝 化的进行。出现此现象的原因主要有两方面：一是 在该时间段内，微生物处于对数增殖期，耗氧速率处 于最大时期；二是硝化菌将氨氮氧化成亚硝酸盐氮 的过程需要消耗大量的氧气。在这两方面的共同作 用下，供氧速率与耗氧速率达到动态平衡，并维持在 较低的DO浓度范围内。随着曝气进人最后1 h，反 应体系里的微生物处于减速增殖期，甚至是内源呼 吸期，需氧量迅速降低；同时由于反应器内的氨氮已 近乎耗尽，硝化反应速率与耗氧速率也随之迅速降 低，导致体系的DO浓度迅速升高。但在整个反应 过程中，几乎没有出现硝酸盐氮的积累，而且在DO 浓度迅速升高前，体系中TP浓度已达到较高的出 水标准。这说明在反应体系内实现了短程同步硝化 反硝化耦合除磷。
2．3．2 pH及ORP的变化规律
试验结果表明，进水的pH及ORP分别为7．18 和一29 mV，反应结束时分别为7．52和139 mV。
从试验可知，pH在厌氧段呈一定的下降趋势， 厌氧结束时，pH值降至6．85。这是由于污水中的 有机碳源首先转化为挥发性脂肪酸供微生物厌氧释 磷，这期间产生了CO ，CO 溶解在水中使得pH有 所降低。在好氧初期，pH以较快的速度升高，这主 要是因为曝气不断将产生的CO 吹脱。待曝气进 行至2 h左右时，pH由上升转而下降，这主要是因 为硝化反应产生了H 。pH的下降一直持续，当曝 气进行了3 h时，pH又出现缓慢上升，直至反应结 束。这是因为，在这个阶段氨氮近乎降解完全，碱度 大于硝化所需。
ORP在厌氧段快速下降，厌氧结束时，ORP降 至一129 mV。在好氧初期，ORP出现迅速上升现 象，随后仍持续增大，直到反应结束时ORP升至139 mV。这是因为在好氧初期，COD浓度较低，异养菌 无法再大量摄取有机物，而此时氨氮浓度较高，硝化 菌的比增殖速率大大超过异养菌，故出现ORP迅速 上升现象；后来随着氨氮浓度不断降低，硝化速率不 断减小，耗氧速率小于供氧速率，且硝化菌的比增殖 速率明显小于异养菌，从而使得ORP上升速度减 缓。
3 结论
① 在SBR中，通过厌氧一好氧运行方式培 养、驯化活性污泥，使其具有短程同步硝化反硝化耦 合除磷特性，从而实现了短程同步硝化反硝化与反 硝化除磷的统一。
② 当温度为20～25℃、pH值为7．12～ 7．43、氨氮为26．45—30．25 mg／L、TP为5．42— 7．O1 mg／L、COD为213．59—268．84 mg／L时，SBR 短程同步硝化反硝化耦合除磷系统对COD的去除 率为95．6％ 、对TP的去除率为88．8％、对TN的去 除率为87％。 来源：中国给水排水
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